DE102016122702B4

DE102016122702B4 - Electric coolant pump with ECU cooling

Info

Publication number: DE102016122702B4
Application number: DE102016122702.1A
Authority: DE
Inventors: Jens Hoffmann; Christian Bätz; Tino Höhn; Franz Pawellek
Original assignee: Nidec GPM GmbH
Current assignee: Nidec GPM GmbH
Priority date: 2016-11-24
Filing date: 2016-11-24
Publication date: 2023-11-16
Anticipated expiration: 2036-11-25
Also published as: EP3327291A1; EP3327291B1; DE102016122702A1

Abstract

Elektrische Kühlmittelpumpe, aufweisend:ein Pumpengehäuse (1) mit einer Pumpenkammer (10), in der ein Pumpenlaufrad (2) drehbar aufgenommen ist, einem Pumpendeckel (11), der die Pumpenkammer (10) zu einer Seite des Pumpenlaufrads (2) abschließt, sowie wenigstens einem Einlass (16) und einem Auslass (17), die mit der Pumpenkammer (10) verbunden sind;einen elektrischen Motor (3) mit einem Rotor (32) und einem Stator (33), der auf einer Seite der Pumpenkammer (10), die dem Pumpendeckel (11) gegenüberliegt, an dem Pumpengehäuse (1) angeordnet ist;eine Pumpenwelle (4), die sich, am Pumpengehäuse (1) drehbar gelagert, von dem elektrischen Motor (3) in die Pumpenkammer (10) erstreckt, wobei der Rotor (32) und das Pumpenlaufrad (2) auf dieser fixiert sind; sowieeine elektronische Leistungsbeschaltung (30) zur Ansteuerung des Stators (33) mit einer Leistung aus einer externen Leistungszufuhr, die mit der Leistungsbeschaltung (30) verbindbar ist; dadurch gekennzeichnet, dassdas Pumpengehäuse (1) eine Aufnahme (13) für die elektronische Leistungsbeschaltung (30) aufweist, die, in Bezug zu der Pumpenwelle (4), radial außerhalb der Pumpenkammer (10) und axial in Überschneidung mit einer Außenkante des Pumpenlaufrads (2), die der Leistungsbeschaltung (30) zugewandt ist, angeordnet ist, wobeidie Aufnahme (13) für die elektronische Leistungsbeschaltung (30) einen Sockelabschnitt (15) umfasst, der eine Aufnahmefläche (50) zum Aufnehmen der elektronischen Leistungsbeschaltung (30) bildet, die zum Umfang der Pumpenkammer (10) im Wesentlichen tangential verläuft, wobeizwischen der Aufnahmefläche (50) des Sockelabschnitts (15) und der elektronischen Leistungsbeschaltung (30) eine plattenförmige Wärmesenke (5) aus einem Vollmaterial bereitgestellt ist, und wobeider Sockelabschnitt (15) wenigstens ein Reservoir (55) für das geförderte Kühlmittel aufweist, wobei das wenigstens eine Reservoir (55) mit einem Kreislauf (51, 52) verbunden ist, der aus einer Förderströmung in der Kühlmittelpumpe abgezweigt ist.Electric coolant pump, comprising: a pump housing (1) with a pump chamber (10) in which a pump impeller (2) is rotatably accommodated, a pump cover (11) which closes the pump chamber (10) to one side of the pump impeller (2), and at least one inlet (16) and one outlet (17) connected to the pump chamber (10);an electric motor (3) having a rotor (32) and a stator (33) located on one side of the pump chamber ( 10), which is opposite the pump cover (11), is arranged on the pump housing (1); a pump shaft (4), which, rotatably mounted on the pump housing (1), moves from the electric motor (3) into the pump chamber (10) extends, the rotor (32) and the pump impeller (2) being fixed thereon; and an electronic power circuit (30) for controlling the stator (33) with power from an external power supply, which can be connected to the power circuit (30); characterized in that the pump housing (1) has a receptacle (13) for the electronic power circuit (30), which, in relation to the pump shaft (4), is radially outside the pump chamber (10) and axially overlaps with an outer edge of the pump impeller ( 2), which faces the power circuit (30), is arranged, wherein the receptacle (13) for the electronic power circuit (30) comprises a base section (15) which forms a receiving surface (50) for receiving the electronic power circuit (30), which runs essentially tangentially to the circumference of the pump chamber (10), wherein a plate-shaped heat sink (5) made of a solid material is provided between the receiving surface (50) of the base section (15) and the electronic power circuit (30), and wherein the base section (15) at least has a reservoir (55) for the coolant delivered, the at least one reservoir (55) being connected to a circuit (51, 52) which is branched off from a delivery flow in the coolant pump.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Kühlmittelpumpe an der eine Kühlung der Steuereinheit bzw. ECU der Pumpe vorgesehen ist, und die insbesondere einen verbesserten Wärmeaustausch zwischen einer Leistungselektronik der ECU und dem Kühlmittel bereitstellt.The present invention relates to an electric coolant pump on which cooling of the control unit or ECU of the pump is provided, and which in particular provides improved heat exchange between power electronics of the ECU and the coolant.

Aufgrund der flexiblen Steuerungsmöglichkeiten werden zum Thermomanagement von Verbrennungsmaschinen im Fahrzeugbau bevorzugt elektrische Kühlmittelpumpen eingesetzt. Die Kühlmittelpumpe ist im Motorraum eines Fahrzeugs zahlreichen Umgebungseinflüssen, wie Temperaturschwankungen, Feuchtigkeit und Verschmutzungen ausgesetzt. Daher werden Kühlmittelpumpen einschließlich des elektrischen Antriebs in einer nach außen abgeschlossenen bzw. gekapselten Bauform ausgestaltet, die gegen äußere Einflüsse abgedichtet ist.Due to the flexible control options, electric coolant pumps are preferred for thermal management of combustion engines in vehicle construction. The coolant pump is exposed to numerous environmental influences in the engine compartment of a vehicle, such as temperature fluctuations, moisture and dirt. Therefore, coolant pumps including the electric drive are designed in a design that is closed or encapsulated from the outside and is sealed against external influences.

Eine solche abgeschlossene Bauform eines elektrischen Antriebs bringt die Problemstellung mit sich, dass lediglich ein geringer Wärmeaustausch zur Umgebung möglich ist, wodurch eine Verlustleitung des elektrischen Antriebs gegebenenfalls unzureichend abgeführt wird. Im Falle einer hohen Leistungsbeanspruchung der Verbrennungsmaschine und einer hohen Umgebungstemperatur, ruft die Steuerung des Thermomanagements eine maximale Kühlleistung für die Verbrennungsmaschine ab. Dabei erfahren auch der elektrische Antrieb der Kühlmittelpumpe und ebenso die Leistungselektronik als Bestandteil der ECU einen maximalen Durchsatz elektrischer Leistung und erzeugen Wärme. Hierbei erreichen die Komponenten eines Elektromotors, die zumeist in unmittelbarer Nähe zur ECU angeordnet sind, aber auch eine Umgebungstemperatur der Kühlmittelpumpe nahe der Verbrennungsmaschine kritische Temperaturen, die bei unzureichender Abfuhr der zusätzlichen Wärmeerzeugung in der Leistungselektronik der ECU zu einem Ausfall des elektrischen Antriebs durch Überhitzung der ECU führen können. Somit wäre die Betriebsfähigkeit der Kühlmittelpumpe und folglich der gesamte Fahrbetrieb des Fahrzeugs gefährdet.Such a closed design of an electric drive brings with it the problem that only a small amount of heat exchange with the environment is possible, as a result of which loss conduction from the electric drive may be insufficiently dissipated. In the event of high performance demands on the combustion engine and a high ambient temperature, the thermal management control calls for maximum cooling performance for the combustion engine. The electric drive of the coolant pump and the power electronics as part of the ECU also experience a maximum throughput of electrical power and generate heat. Here, the components of an electric motor, which are usually arranged in the immediate vicinity of the ECU, but also an ambient temperature of the coolant pump close to the internal combustion engine, reach critical temperatures, which, if the additional heat generated in the power electronics of the ECU is insufficiently dissipated, can lead to a failure of the electric drive due to overheating ECU can lead. This would put the operability of the coolant pump and consequently the entire driving operation of the vehicle at risk.

Es sind Bemühungen in unterschiedlichen konstruktiven Ausgestaltungen unternommen worden, um die Leistungselektronik in einen Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel einzubinden, das durch die Kühlmittelpumpe gefördert wird. Das Kühlmittel nimmt im Fahrbetrieb eine Solltemperatur von etwa 110° ein, und kann unter besonderen Belastungszuständen kurzfristig auf 120° oder bis 130° ansteigen. Solange ein Thermofenster der Leistungselektronik eng an diesen Temperaturbereich des Kühlmittels gekoppelt wird, kann eine Überhitzung der ECU verhindert werden. Da eine Temperatur von wenigen zehn Grad darüber bereits bleibende Schäden in der Elektronik hervorrufen kann, verbleibt lediglich eine geringe Temperaturdifferenz um einen Wärmeübergang zu bewirken.Efforts have been made in various design configurations to integrate the power electronics into a heat exchange with the coolant that is conveyed by the coolant pump. When driving, the coolant has a target temperature of around 110° and can briefly rise to 120° or up to 130° under particular load conditions. As long as a thermal window of the power electronics is closely linked to this temperature range of the coolant, overheating of the ECU can be prevented. Since a temperature of a few tens of degrees above this can cause permanent damage to the electronics, only a small temperature difference remains to cause heat transfer.

Ein Beispiel aus dem Stand der Technik, das die Problemstellung eines ausreichenden Wärmeaustauschs zwischen einer ECU einer Kühlmittelpumpe und dem geförderten Kühlmittelstrom aufgreift, ist in der DE 10 2015 114 783 B3 beschrieben.An example from the prior art that addresses the problem of sufficient heat exchange between an ECU of a coolant pump and the coolant flow delivered is in DE 10 2015 114 783 B3 described.

Das deutsche Patent derselben Anmelderin beschreibt eine elektrische Radialpumpe mit einem zentralen axial verlaufenden Einlass, der auf ein radial beschleunigendes Pumpenlaufrad zuführt, sowie einem tangential ausleitenden Auslass. Eine ECU der Pumpe befindet sich auf einer Seite des Pumpengehäuses, die dem elektrischen Motor gegenüberliegt, und ist innerhalb einer Abdeckung in der Form eines Donuts bzw. ringförmig um den zentralen Einlass herum angeordnet. Die vordere Seite der Pumpenkammer, die zur ECU weist, ist durch einen Pumpendeckel aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit abgeschlossen, der einen verbesserten Wärmeaustausch zwischen dem Kühlmittel in der Pumpenkammer und der ECU ermöglicht.The German patent of the same applicant describes an electric radial pump with a central, axially extending inlet, which feeds to a radially accelerating pump impeller, and a tangentially discharging outlet. An ECU of the pump is located on a side of the pump housing opposite the electric motor and is disposed within a donut-shaped cover or annularly around the central inlet. The front side of the pump chamber, facing the ECU, is closed by a pump cover made of a material with high thermal conductivity, which allows improved heat exchange between the coolant in the pump chamber and the ECU.

Die genannte Pumpenkonstruktion weist jedoch in einer Produktion großer Stückzahlen den wirtschaftlichen Nachteil auf, dass die Herstellung einer solchen unkonventionellen Formgebung und Abmessung der ECU standardmäßige Formate von Leiterplatten bzw. Schaltungsplatinen ausschließt, aufwändigere Bestückungsvorgänge erfordert, mithin kostenintensiver ist.However, the pump design mentioned has the economic disadvantage in the production of large quantities that the production of such an unconventional shape and dimension of the ECU excludes standard formats of printed circuit boards or circuit boards, requires more complex assembly processes and is therefore more cost-intensive.

Ferner kommt hinzu, dass bei der Konfektionierung des Einlasses und des Auslasses für verschiedene Fahrzeugmodelle, insbesondere bei einer Umgestaltung der radialen Dimensionierung von Einlass, Pumpenkammer und dergleichen, stets eine Änderung und nachfolgend angepasste Fertigung eines individuellen ECU-Designs erforderlich wird. Gleiches gilt selbst dann, wenn bei verschiedenen Fahrzeugmodellen oder Verbrennungsmaschinen gleicher Leistungsklasse ansonsten gleiche Spezifikationen des elektrischen Antriebs der Kühlmittelpumpe verwendet werden könnten.Furthermore, when assembling the inlet and outlet for different vehicle models, in particular when redesigning the radial dimensioning of the inlet, pump chamber and the like, a change and subsequently adapted production of an individual ECU design is always required. The same applies even if otherwise the same specifications of the electric drive of the coolant pump could be used for different vehicle models or combustion engines of the same performance class.

Die WO 2013/037449 A2 offenbart eine zeigt eine Pumpe mit einer Leiterplatte, die in einem Pumpengehäuse angeordnet ist, wobei die Leiterplatte sich in einer Richtung weg von der Pumpe erstreckt und die Wärme der Leiterplatte über die gesamte Leiterplatte in Richtung Pumpe strömend über ein Kühlblech an einen tangentialen Kanalstutzen übertragen wird. Die Wärme muss dabei alle elektronischen Bauelemente auf der Leiterplatte passieren, um in Richtung des Gradienten über das Kühlblech an den tangentialen Kanalstutzen zu strömen, was nachteilig ist, da solch ein Wärmestrom zu Schäden an weiteren elektronischen Bauteilen führen kann. Eine weitere strömungsmittelgekühlte Kühlmittelpumpe derselben Anmelderin ist Gegenstand des deutschen Patents DE 10 2014 113 412 B3 .The WO 2013/037449 A2 discloses a shows a pump with a circuit board which is arranged in a pump housing, the circuit board extending in a direction away from the pump and the heat of the circuit board flowing over the entire circuit board in the direction of the pump is transferred via a cooling plate to a tangential channel connection . The heat has to pass through all the electronic components on the circuit board in order to flow across the cooling plate in the direction of the gradient to flow through the tangential channel connector, which is disadvantageous because such a heat flow can lead to damage to other electronic components. Another fluid-cooled coolant pump from the same applicant is the subject of the German patent DE 10 2014 113 412 B3 .

Aus der DE 199 43 577 A1 ist eine einem drehzahlgesteuerten Elektromotor betriebene naßlaufende Kreiselpumpe bekannt, insbesondere für den Einsatz in Heiz- und/oder Kühlkreisläufen, mit einem eine Steuerelektronik aufweisenden Elektronikmodul und mit einem eine Spiralkammer umgebenden Pumpengehäuse, das einen zentralen Saugstutzen und einen Druckstutzen aufweist, wobei das Pumpengehäuse eine Aufnahme aufweist, auf der das Elektronikmodul in wärmeleitendem Kontakt zu dem in der Spiralkammer befindlichen Pumpmedium befestigbar ist.From the DE 199 43 577 A1 a wet-running centrifugal pump operated by a speed-controlled electric motor is known, in particular for use in heating and/or cooling circuits, with an electronic module having control electronics and with a pump housing surrounding a spiral chamber, which has a central suction port and a pressure port, the pump housing having a receptacle has, on which the electronic module can be fastened in heat-conducting contact with the pump medium located in the spiral chamber.

Die DE 10 2012 222 358 A1 offenbart schließlich eine elektrische Flüssigkeitspumpe mit einem Nassbereich, in dem ein Pumpenrad und ein permanent erregter Rotor eines Elektromotors angeordnet sind, einem Trockenbereich, in dem ein Stator des Elektromotors angeordnet ist, und einem Spalttopf, der den Nassbereich vom Trockenbereich trennt. Im Trockenbereich der Flüssigkeitspumpe ist eine Steuerungselektronik zum Steuern der Flüssigkeitspumpe angeordnet, die wärmeübertragend mit dem Spalttopf und dadurch mit dem Nassbereich verbunden ist.The DE 10 2012 222 358 A1 finally discloses an electric liquid pump with a wet area in which an impeller and a permanently excited rotor of an electric motor are arranged, a dry area in which a stator of the electric motor is arranged, and a containment can that separates the wet area from the dry area. In the dry area of the liquid pump, control electronics for controlling the liquid pump are arranged, which are heat-transferringly connected to the containment shell and thereby to the wet area.

Ausgehend vom Stand der Technik besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine elektrische Kühlmittelpumpe zu schaffen, die unter Verwendung standardmäßiger Formate und Bestückungsvorgänge, unabhängig von einer Ausgestaltung eines Einlasses oder Auslasses, eine thermische Stabilisierung der ECU sicherstellt.Based on the prior art, an object of the present invention is to provide an electric coolant pump that ensures thermal stabilization of the ECU using standard formats and assembly procedures, regardless of an inlet or outlet design.

Die Aufgabe wird durch eine elektrische Kühlmittelpumpe mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 2 gelöst.The task is solved by an electric coolant pump with the features of the independent claims 1 and 2.

Die elektrische Kühlmittelpumpe umfasst ein Pumpengehäuse mit einer Pumpenkammer, in der ein Pumpenlaufrad drehbar aufgenommen ist, einen Pumpendeckel, der die Pumpenkammer zu einer Seite des Pumpenlaufrads abschließt, sowie wenigstens einen Einlass und einen Auslass, die mit der Pumpenkammer verbunden sind; einen elektrischen Motor mit einem Rotor und einem Stator, der auf einer Seite der Pumpenkammer, die dem Pumpendeckel gegenüberliegt, an dem Pumpengehäuse angeordnet ist; eine Pumpenwelle, die sich, am Pumpengehäuse drehbar gelagert, von dem elektrischen Motor in die Pumpenkammer erstreckt, wobei der Rotor und das Pumpenlaufrad auf dieser fixiert sind; sowie eine elektronische Leistungsbeschaltung zur Ansteuerung des Stators mit einer Leistung aus einer externen Leistungszufuhr, die mit der Leistungsbeschaltung verbindbar ist; wobei das Pumpengehäuse eine Aufnahme für die elektronische Leistungsbeschaltung aufweist, die, in Bezug zu der Pumpenwelle, radial außerhalb der Pumpenkammer und axial in Überschneidung mit einer Außenkante des Pumpenlaufrads, die der Leistungsbeschaltung zugewandt ist, angeordnet ist.The electric coolant pump includes a pump housing with a pump chamber in which a pump impeller is rotatably received, a pump cover that closes the pump chamber to one side of the pump impeller, and at least one inlet and an outlet connected to the pump chamber; an electric motor having a rotor and a stator disposed on the pump housing on a side of the pump chamber opposite the pump cover; a pump shaft which, rotatably mounted on the pump housing, extends from the electric motor into the pump chamber, the rotor and the pump impeller being fixed thereon; and an electronic power circuit for controlling the stator with power from an external power supply, which can be connected to the power circuit; wherein the pump housing has a receptacle for the electronic power circuit, which, in relation to the pump shaft, is arranged radially outside the pump chamber and axially in intersection with an outer edge of the pump impeller, which faces the power circuit.

Somit sieht die Erfindung erstmals vor, an einer elektrischen Kühlmittelpumpe, wie in einer bekannten Radialpumpe, eine ECU im direkten Wärmeaustausch mit dem Pumpengehäuse an einer Position einzubinden, an der eine Konvektion durch das Kühlmittel am stärksten ist.Thus, for the first time, the invention provides for an ECU to be integrated into an electric coolant pump, as in a known radial pump, in direct heat exchange with the pump housing at a position where convection by the coolant is strongest.

An der vorgesehenen axialen Überschneidung mit den Pumpenlaufrad trifft das durch die Flügel des Pumpenlaufrads radial nach außen beschleunigte Kühlmittel auf der Umfangswand der Pumpenkammer bzw. einem Spiralgehäuse auf und wird in einen umlaufenden Strom umgeleitet. Die Konvektion des auftreffenden Massestroms wird somit noch durch eine Konvektion aufgrund eines fliehkraftbedingten Anpressdrucks eines spiralförmigen Stroms gegen die Gehäusewand nach außen verstärkt. Daher erzielt eine erfindungsgemäße Anordnung der Leistungsbeschaltung an einer Position in axialer Überschneidung mit dem Pumpenlaufrad den besten konvektionsbedingten Wärmeübergang an der Gehäusewand zwischen den elektronischen Bauelementen und dem Massestrom des vorbeigeführten Kühlmittels.At the intended axial intersection with the pump impeller, the coolant accelerated radially outwards by the vanes of the pump impeller hits the peripheral wall of the pump chamber or a spiral casing and is diverted into a circulating flow. The convection of the impinging mass flow is thus further intensified outwards by convection due to a centrifugal force-induced contact pressure of a spiral-shaped flow against the housing wall. Therefore, an arrangement according to the invention of the power circuitry at a position in axial overlap with the pump impeller achieves the best convection-related heat transfer on the housing wall between the electronic components and the mass flow of the coolant passed by.

Demzufolge wird eine Wärmeabfuhr aus der ECU verbessert, was beispielsweise im Falle einer maximalen Kühlmitteltemperatur zum Tragen kommt, bei der nur mehr eine geringe Temperaturdifferenz von wenigen Grad zur Bewirkung eines Wärmeübergangs zur Verfügung steht.As a result, heat dissipation from the ECU is improved, which comes into play, for example, in the case of a maximum coolant temperature, at which only a small temperature difference of a few degrees is available to effect heat transfer.

Abgesehen von der Kühlmitteltemperatur bzw. Temperaturdifferenz, wird durch die intensive Konvektion des Massestroms an der erfindungsgemäßen Positionierung und dem entsprechend großen Wärmeübergang, der von der Leistungsbeschaltung an der Innenwand der Pumpenkammer von dem Kühlmittel abgenommen und abtransportiert wird, eine Wärmeerzeugung bei starken Leistungsanstiegen in der Elektronik schneller abgeführt. Demzufolge wird einem Temperaturanstieg in der ECU früher entgegengewirkt bevor der Effekt einer größeren Temperaturdifferenz zum Kühlmittel zum Tragen kommt, die einen zeitlich verzögerten Wärmestrom begünstigt.Apart from the coolant temperature or temperature difference, the intensive convection of the mass flow at the positioning according to the invention and the correspondingly large heat transfer, which is removed and transported away from the coolant by the power circuit on the inner wall of the pump chamber, results in heat generation in the event of strong increases in power in the electronics dissipated more quickly. As a result, a temperature increase in the ECU is counteracted earlier before the effect of a larger temperature difference to the coolant comes into play, which promotes a delayed heat flow.

Somit wird auch unterhalb einer maximalen Kühlwassertemperaturen, d.h. in einem gemäßigten Temperaturbereich, der über den Großteil der Betriebsdauer besteht, der Vorteil einer höheren thermischen Stabilität der ECU erzielt, was sich durch eine geringere Anzahl und Intensität von Temperaturschwankungen positiv auf die Lebensdauer der ECU auswirkt.This means that even below a maximum cooling water temperature, ie in a moderate temperature range, which is present over the majority of the operating time, the advantage of a higher thermal stability of the ECU is achieved, which has a positive effect on the service life of the ECU due to a lower number and intensity of temperature fluctuations.

Darüber hinaus erfolgt die erfindungsgemäße Positionierung der Beschaltung der Leistungselektronik an einem Umfangsbereich, an dem die Formgebung der ECU von einer Ausgestaltung eines Einlasses und eines Auslasses sowie von radialen Abmessungen der Pumpe im Wesentlichen unberührt bleibt. Bei einem herkömmlich dimensionierten Pumpengehäuse, beispielsweise beim Typ einer Radialpumpe, steht ein ausreichend großer Bereich zur Verfügung, um die Fläche einer Leiterplatte in standartmäßigen Abmessungen und rechteckiger Form, die in herkömmlicher Weise bestückt ist, aufzunehmen.In addition, the positioning according to the invention of the circuitry of the power electronics takes place in a circumferential area where the shape of the ECU remains essentially unaffected by the design of an inlet and an outlet as well as by the radial dimensions of the pump. With a conventionally dimensioned pump housing, for example a radial pump type, a sufficiently large area is available to accommodate the area of a printed circuit board of standard dimensions and rectangular shape, which is populated in a conventional manner.

Bei der elektrische Kühlmittelpumpe ist ferner vorgesehen, dass die Aufnahme für die elektronische Leistungsbeschaltung einen Sockelabschnitt umfasst, der eine Aufnahmefläche zum Aufnehmen der elektronischen Leistungsbeschaltung bildet, die zum Umfang der Pumpenkammer im Wesentlichen tangential verläuft.In the case of the electric coolant pump, it is further provided that the receptacle for the electronic power circuit includes a base section which forms a receiving surface for receiving the electronic power circuit, which runs essentially tangentially to the circumference of the pump chamber.

Durch diese Ausgestaltung wird eine ebene Fläche zur Aufnahme der ECU geschaffen, die Krümmungen oder sonstige Ausgestaltungen der Kontur des Pumpengehäuses ausgleicht.This design creates a flat surface to accommodate the ECU, which compensates for curvatures or other configurations in the contour of the pump housing.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der elektrische Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 ist zwischen der Aufnahmefläche des Sockelabschnitts und der elektronischen Leistungsbeschaltung eine plattenförmige Wärmesenke aus einem Vollmaterial bereitgestellt.According to a preferred embodiment of the electric coolant pump according to claim 1, a plate-shaped heat sink made of a solid material is provided between the receiving surface of the base section and the electronic power circuit.

Die Plattenform der Wärmesenke ermöglicht eine Wärmeverbreitung in der Ebene des großflächigen Kontakts zur Leiterplatte, wodurch ein Ausgleich von Temperaturdifferenz zwischen den Positionen von elektronischen Bauteilen mit unterschiedlich großer Leistungsaufnahme begünstigt wird.The plate shape of the heat sink enables heat to spread in the plane of the large-area contact with the circuit board, which promotes compensation of the temperature difference between the positions of electronic components with different levels of power consumption.

Nach einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der elektrische Kühlmittelpumpe nach Anspruch 2 weist der Sockelabschnitt eine innenliegende Rippenstruktur mit Rippen und dazwischenliegenden Hohlräumen auf, die im Wesentlichen senkrecht zu der Aufnahmefläche verlaufen.According to another preferred embodiment of the electric coolant pump according to claim 2, the base section has an internal rib structure with ribs and intermediate cavities that run essentially perpendicular to the receiving surface.

Durch die Ausbildung einer Rippenstruktur ist es möglich, Material an einem Formteil einzusparen, solange eine ausreichende Wärmeabfuhr gewährleistet ist. Um die Wärmeabfuhr nicht in ungünstiger Weise zu beeinträchtigen, verlaufen die Rippen vorzugsweise senkrecht zwischen der Leistungsbeschaltung und der Pumpenkammer oder zumindest derart, dass die Hohlräume keine direkte Verbindung der Rippen zwischen der Leistungsbeschaltung und der Pumpenkammer unterbrechen.By forming a rib structure, it is possible to save material on a molded part as long as sufficient heat dissipation is guaranteed. In order not to impair heat dissipation in an unfavorable manner, the ribs preferably run vertically between the power circuit and the pump chamber or at least in such a way that the cavities do not interrupt a direct connection of the ribs between the power circuit and the pump chamber.

Der Sockelabschnitt der vorstehend diskutierten elektrischen Kühlmittelpumpen weist ferner wenigstens ein Reservoir für das geförderte Kühlmittel auf, wobei das wenigstens eine Reservoir mit einem Kreislauf verbunden ist, der aus einer Förderströmung in der Kühlmittelpumpe abgezweigt ist.The base section of the electric coolant pumps discussed above further has at least one reservoir for the delivered coolant, wherein the at least one reservoir is connected to a circuit that is branched off from a delivery flow in the coolant pump.

Durch die Ausgestaltung eines Reservoirs mit Kühlmittel wird die Wärmekapazität bezogen auf das Volumen des Sockelabschnitts erhöht. Obwohl die Wärmekapazität des Reservoirs die Abwärme aus der elektronischen Leistungsschaltung speichert, wird durch den Anschluss an eine Zirkulation mit Kühlmittel zugleich ein Anstieg der Temperatur dieses Wärmespeichers im Sockelabschnitt über die Temperatur des Kühlmittels hinaus unterbunden.By designing a reservoir with coolant, the heat capacity is increased based on the volume of the base section. Although the heat capacity of the reservoir stores the waste heat from the electronic power circuit, the connection to a circulation with coolant also prevents the temperature of this heat storage in the base section from rising above the temperature of the coolant.

Vorteilhafte Weiterbildungen, die eine thermische Stabilisierung der ECU weiter begünstigen, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Advantageous further developments that further promote thermal stabilization of the ECU are the subject of the dependent claims.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die axiale Überschneidung zwischen der Leistungsbeschaltung und dem Pumpenlaufrad wenigstens 10 %, bevorzugt 25 % und besonders bevorzugt 50 % oder mehr in Bezug auf eine axiale Abmessung des Pumpenlaufrads oder der Pumpenkammer oder eines Abschnitts der Pumpenwelle, auf dem das Pumpenlaufrad fixiert ist, beträgt.According to one aspect of the invention, the axial overlap between the power circuit and the pump impeller can be at least 10%, preferably 25% and particularly preferably 50% or more with respect to an axial dimension of the pump impeller or the pump chamber or a portion of the pump shaft on which the pump impeller is fixed.

Nach Definition dieser Offenbarung wird der maximale Wirkungsbereich im Sinne der erfindungsgemäßen Erkenntnis ab dem Erreichen eines Überschneidungsbereichs über die gesamte axiale Abmessung des Pumpenlaufrads erzielt. Die genannten Abmessungen des Überschneidungsbereichs entsprechen somit einer Annäherung an dieses Optimum.According to the definition of this disclosure, the maximum effective range in the sense of the knowledge according to the invention is achieved from reaching an overlap area over the entire axial dimension of the pump impeller. The mentioned dimensions of the overlap area therefore correspond to an approximation to this optimum.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann ein Umfang der Pumpenkammer in Form eines Spiralgehäuses ausgebildet sein, aus dem der Auslass tangential austritt, und die Aufnahme für die elektronische Leistungsbeschaltung und der Auslass können benachbart zu einander angeordnet sein.According to one aspect of the invention, a circumference of the pump chamber can be designed in the form of a spiral casing from which the outlet emerges tangentially, and the receptacle for the electronic power circuit and the outlet can be arranged adjacent to one another.

Durch eine benachbarte Nähe der Aufnahme zum tangential austretenden Pumpenauslasses, wie er an Spiralgehäusen im Allgemeinen vorliegt, wird die Vorbeiführung des Massestroms des Kühlmittels anhand einer vergrößerten konvektionswirksamen Fläche in noch vorteilhafterer Weise zum Wärmeabtransport genutzt.Due to the adjacent proximity of the receptacle to the tangentially exiting pump outlet, as is generally the case on spiral casings, the passage of the mass flow of the coolant by means of an enlarged convection-effective surface is used in an even more advantageous manner for heat removal.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann eine Leiterplatte der Leistungsbeschaltung in engem Kontakt mit der Aufnahmefläche des Sockelabschnitts stehen.According to one aspect of the invention, a circuit board of the power circuit may be in close contact with the receiving surface of the base portion.

Durch einen großflächigen Kontakt zwischen der Leiterplatte und der Aufnahme wird der Wärmeübergang der elektronischen Leistungsschaltung auf das Pumpengehäuse maximiert.Large-area contact between the circuit board and the receptacle maximizes the heat transfer from the electronic power circuit to the pump housing.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der Sockelabschnitt zusammen mit dem Pumpengehäuse einteilig ausgebildet sein.According to one aspect of the invention, the base section can be formed in one piece together with the pump housing.

Durch diese Ausgestaltung ist der zuvor erwähnte Ausgleich der Konturen des Pumpengehäuses zu einer ebenen Fläche durch ein Formteil, das z.B. aus einem Druckguss gefertigt ist, technisch günstig realisierbar. Ferner wird durch die einteilige Ausbildung des Sockelabschnitts, unabhängig vom verwendeten Material, eine bestmögliche Wärmeleitfähigkeit aufgrund der Tatsache erzielt, dass Materialübergänge entfallen, deren Grenzflächen grundsätzlich einen Widerstand in einem Wärmestrom zwischen einer Temperaturdifferenz darstellen.Through this configuration, the previously mentioned compensation of the contours of the pump housing to form a flat surface can be achieved in a technically cost-effective manner using a molded part that is made, for example, from a die-cast. Furthermore, the one-piece design of the base section, regardless of the material used, achieves the best possible thermal conductivity due to the fact that material transitions are eliminated, the interfaces of which fundamentally represent a resistance in a heat flow between a temperature difference.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der Sockelabschnitt aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen, die für ein Druckgussverfahren, Spritzgussverfahren oder 3D-Druckverfahren fertigungstechnisch geeignet ist.According to one aspect of the invention, the base section can consist of aluminum or an aluminum alloy that is suitable for a die casting process, injection molding process or 3D printing process.

Durch den Einsatz von Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung wird in Anbetracht einer ausreichenden Korrosionsbeständigkeit, geeigneter fertigungstechnischer Eigenschaft zur Herstellung von Formteilen, sowie zu wirtschaftlichen Materialkosten und einem günstigen Gewichtsverhältnis eine gute Wärmeleitfähigkeit erzielt.By using aluminum or an aluminum alloy, good thermal conductivity is achieved in view of sufficient corrosion resistance, suitable manufacturing properties for the production of molded parts, as well as economical material costs and a favorable weight ratio.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die plattenförmige Wärmesenke aus einem Vollmaterial aus Aluminium gefertigt sein.According to one aspect of the invention, the plate-shaped heat sink can be made from a solid aluminum material.

Durch die Bereitstellung einer plattenförmigen Wärmesenke aus einem Vollmaterial wird die Wärmeleitfähigkeit in der Ebene derselben sowie zwischen der Leistungsbeschaltung und dem Pumpengehäuse im Vergleich zu einer Druckgusslegierung erhöht.By providing a plate-shaped heat sink made of a solid material, the thermal conductivity in the plane thereof and between the power circuit and the pump housing is increased compared to a die-cast alloy.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die plattenförmige Wärmesenke wenigstens einen innenliegenden Strömungskanal für das geförderte Kühlmittel aufweisen, wobei der wenigstens eine Strömungskanal mit einem Kreislauf verbunden ist, der aus einer Förderströmung in der Kühlmittelpumpe abgezweigt ist.According to one aspect of the invention, the plate-shaped heat sink can have at least one internal flow channel for the coolant being delivered, the at least one flow channel being connected to a circuit which is branched off from a delivery flow in the coolant pump.

Durch die Bereitstellung eines innenliegenden Strömungskanals in der Wärmesenke wird eine weitere Wärmeabfuhr eines kleinen Massestroms aus Kühlmittel sehr nahe an die Leistungsbeschaltung herangeführt, wodurch die Strecke der vorliegenden Temperaturdifferenz stark verkürzt wird und innerhalb des Aluminiumvollmaterials mit guter Wärmeleitfähigkeit geführt ist.By providing an internal flow channel in the heat sink, further heat dissipation of a small mass flow of coolant is brought very close to the power circuit, whereby the distance of the existing temperature difference is greatly shortened and is guided within the solid aluminum material with good thermal conductivity.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann das wenigstens eine Reservoir für das geförderte Kühlmittel zu der Aufnahmefläche des Sockelabschnitts geöffnet ausgebildet sein, und an derselben durch die plattenförmige Wärmesenke abgeschlossen sein.According to one aspect of the invention, the at least one reservoir for the conveyed coolant can be designed to be open to the receiving surface of the base section and closed on the same by the plate-shaped heat sink.

Durch diese Ausgestaltung werden die Vorteile einer guten Wärmeleitfähigkeit und Wärmeverbreitung in der Ebene sowie einer erhöhten Wärmekapazität bei begrenztem Temperaturanstieg, wie im Einzelnen zuvor erläutert, kombiniert.This design combines the advantages of good thermal conductivity and heat spread in the plane as well as increased heat capacity with a limited temperature increase, as explained in detail above.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann die elektronische Leistungsbeschaltung Kondensatoren und FETs umfassen, und die Kondensatoren und/oder FETs innerhalb einer axialen Überschneidung mit dem Pumpenlaufrad in der Aufnahme positioniert sein.According to one aspect of the invention, the electronic power circuitry may include capacitors and FETs, and the capacitors and/or FETs may be positioned within an axial intersection with the pump impeller in the receptacle.

Elektronische Bauteile wie Kondensatoren und Feldeffekttransistoren (FETs) stellen aufgrund ihrer Leistungsaufnahme die größten Wärmeerzeuger in einer Leistungsbeschaltung dar. An der Position der axialen Überschneidung steht nach erfindungsgemäßer Erkenntnis der stärkste konvektionsbedingte Wärmeübergang in den Förderstrom des Kühlmittels zur Verfügung. Durch eine derartige Anordnung werden, über die Fläche der Leistungsbeschaltung hinweg betrachtet, die Positionen, an denen die größte Wärme eingebracht wird, mit der Position der lokal maximalen Wärmeabfuhr zusammengeführt. Dadurch wird eine Strecke eines durch die Temperaturdifferenz bedingten Wärmestroms verkürzt, d.h. eine Wärmeabfuhr aus der Leistungsbeschaltung wird weiter optimiert.Electronic components such as capacitors and field effect transistors (FETs) represent the largest heat generators in a power circuit due to their power consumption. According to the invention, the strongest convection-related heat transfer into the flow of the coolant is available at the position of the axial overlap. With such an arrangement, when viewed across the area of the power circuit, the positions at which the greatest heat is introduced are brought together with the position of locally maximum heat dissipation. This shortens a distance of heat flow caused by the temperature difference, i.e. heat dissipation from the power circuit is further optimized.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann das Pumpengehäuse und zumindest einer von dem Sockelabschnitt, der Wärmesenke, dem Pumpendeckel, oder ein weiterer Abschnitt des Pumpengehäuses durch eine Schweißnaht verbunden sein, die mittels atmosphärischem Elektronenstrahlschweißen eingebracht ist.According to one aspect of the invention, the pump housing and at least one of the base portion, the heat sink, the pump cover, or another portion of the pump housing may be connected by a weld made using atmospheric electron beam welding.

Durch diesen Fertigungsschritt kann die Konstruktion des erfindungsgemäßen Pumpenaufbaus in wirtschaftlich vorteilhafter und in technisch zuverlässiger Weise bezüglich Festigkeit und Dichtigkeit realisiert werden, da durch derartige Schweißverbindungen eine vorherige Einbringung von Passungen, Gewinden und Aufnahmenuten für Dichtungen, sowie ein herkömmlicher Montageaufwand für Schrauben und Dichtungen obsolet wird.Through this manufacturing step, the construction of the pump structure according to the invention can be realized in an economically advantageous and technically reliable manner in terms of strength and tightness, since such welded connections allow for the prior introduction of fits, Threads and receiving grooves for seals, as well as conventional assembly work for screws and seals, become obsolete.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. In diesen zeigen:

1 eine axiale Schnittansicht der Pumpe, in der ein Zulauf aus dem Förderstrom in einen abgezweigten Kreislauf für die Leistungsbeschaltung ersichtlich ist;
2 eine axiale Schnittansicht der Pumpe, in der ein Rücklauf aus dem abgezweigten Kreislauf für die Leistungsbeschaltung in den Förderstrom ersichtlich ist;
3 eine perspektivische Ansicht, in der eine schematisch vereinfachte Leistungsbeschaltung einer ECU in einer Aufnahme des Pumpengehäuses dargestellt ist;
4 eine perspektivische Ansicht, in der eine plattenförmige Wärmesenke auf einem Sockelabschnitt in der Aufnahme dargestellt ist;
5 eine perspektivische Ansicht, in der eine Innenstruktur des Sockelabschnitts mit einem Reservoir mit dem Zulauf und Rücklauf des abgezweigten Kreislaufs dargestellt ist; und
6 eine perspektivische Ansicht auf die Pumpenkammer ohne Pumpenlaufrad, in welcher der Zulauf und der Rücklauf des abgezweigten Kreislaufs ersichtlich sind.

The invention is described in detail below using an exemplary embodiment with reference to the drawings. Show in these:

1 an axial sectional view of the pump, in which an inlet from the delivery flow into a branched circuit for the power connection can be seen;
2 an axial sectional view of the pump, in which a return from the branched circuit for the power connection into the delivery flow can be seen;
3 a perspective view in which a schematically simplified power circuit of an ECU is shown in a receptacle of the pump housing;
4 a perspective view showing a plate-shaped heat sink on a base portion in the receptacle;
5 a perspective view showing an internal structure of the base section with a reservoir with the inlet and return of the branched circuit; and
6 a perspective view of the pump chamber without the pump impeller, in which the inlet and return of the branched circuit can be seen.

Nachstehend wird der Aufbau einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe mit Bezug auf die 1 bis 6 beschrieben.The structure of an embodiment of the coolant pump according to the invention is described below with reference to 1 until 6 described.

Wie den axialen Schnittansichten in den 1 und 2 zu entnehmen ist, umfasst ein Pumpengehäuse 1 auf einer Seite einen Hohlraum, in dem ein Elektromotor 3 aufgenommen ist. Ein Stator 33 mit Statorspulen ist innerhalb des Hohlraums am Pumpengehäuse 1 fixiert und umgibt einen Motorrotor 32 mit permanentmagnetischen Elementen, die im Betrieb umlaufend geschalteten Magnetfeldern der Statorspulen ausgesetzt sind, wodurch eine Drehmoment am Rotor 32 erzeugt wird. Ein offenes Ende des Hohlraums des Elektromotors 3 ist durch einen Motordeckel 14 abgeschlossen.Like the axial sectional views in the 1 and 2 As can be seen, a pump housing 1 comprises on one side a cavity in which an electric motor 3 is accommodated. A stator 33 with stator coils is fixed within the cavity on the pump housing 1 and surrounds a motor rotor 32 with permanent magnetic elements, which are exposed to rotating magnetic fields of the stator coils during operation, whereby a torque is generated on the rotor 32. An open end of the cavity of the electric motor 3 is closed by a motor cover 14.

Der Motorrotor 32 sitzt drehfest auf einem Ende einer Pumpenwelle 4, die in einem mittleren Abschnitt derselben drehbar im Pumpengehäuse 1 gelagert ist und sich auf der anderen Seite des Pumpengehäuses 1, die dem Elektromotor 3 gegenüberliegt, in einen weiteren Hohlraum erstreckt, der eine Pumpenkammer 10 bildet. Ein Pumpenlaufrad 2 ist drehfest auf dem anderen Ende der Pumpenwelle 4 fixiert in der Pumpenkammer 10 aufgenommen und wird durch das im Betrieb erzeugte Drehmoment am Motorotor 32 strömungswirksam gedreht.The motor rotor 32 sits non-rotatably on one end of a pump shaft 4, which is rotatably mounted in the pump housing 1 in a central section thereof and extends into a further cavity on the other side of the pump housing 1, which is opposite the electric motor 3, which has a pump chamber 10 forms. A pump impeller 2 is fixed in the pump chamber 10 in a rotationally fixed manner on the other end of the pump shaft 4 and is rotated in a flow-effective manner by the torque generated during operation on the motor rotor 32.

In ein offenes axiales Ende des Pumpengehäuses ist ein Pumpendeckel 11 eingesetzt, der die Pumpenkammer 10 zum Ende der Pumpenwelle 4 am Pumpenlaufrad 2 abschließt. Der Pumpendeckel 10 bildet einen zentral angeordneten Ansaugstutzen als Pumpeneinlass 16 aus, der auf eine Stirnseite des Pumpenlaufrads 2 axial zuführt. In der dargestellten Ausführungsform weist der Pumpeneinlass 16 einen weiteren optionalen Einlass für ein separates Kühlsystem auf.A pump cover 11 is inserted into an open axial end of the pump housing and closes the pump chamber 10 at the end of the pump shaft 4 on the pump impeller 2. The pump cover 10 forms a centrally arranged suction port as a pump inlet 16, which feeds axially to an end face of the pump impeller 2. In the illustrated embodiment, the pump inlet 16 has a further optional inlet for a separate cooling system.

Das Pumpenlaufrad 2, ist ein bekanntes Radialpumpenflügelrad mit einer an den Ansaugstutzen angrenzenden zentralen Öffnung, die in den 1 und 2 aufgrund versetzter Schnittebenen zur Wellenachse nicht ersichtlich ist. Der Förderstrom, der das Pumpenlaufrad 2 axial durch den Pumpeneinlass 16 anströmt, wird durch die innenliegende Flügel radial nach außen aus der Pumpenkammer 10 beschleunigt. An den Umfang der Pumpenkammer 10 schließt sich ein Spiralgehäuse 12 an, das den radial gerichteten Förderstrom tangential in einen Druckstutzen einleitet, der den in den 3 bis 6 dargestellten Pumpenauslass 17 bildet.The pump impeller 2 is a known radial pump impeller with a central opening adjacent to the intake port, which is in the 1 and 2 is not visible due to offset cutting planes to the shaft axis. The flow that flows axially towards the pump impeller 2 through the pump inlet 16 is accelerated radially outward from the pump chamber 10 by the internal vanes. The circumference of the pump chamber 10 is adjoined by a spiral housing 12, which introduces the radially directed flow tangentially into a pressure port, which in the 3 until 6 shown pump outlet 17 forms.

An einem Umfangsbereich außerhalb des Hohlraums des Elektromotors 3 und der Pumpenkammer 10 ist an dem Pumpengehäuse 1 eine rechteckig umgrenzte Aufnahme 13 ausgebildet, in der eine Steuereinheit bzw. ECU der Pumpe einschließlich einer Leistungselektronik 30 des Elektromotors 3 eingebettet ist. Eine nach oben geöffnete Seite der Aufnahme 13, die in 3 dargestellt ist, wird im betriebsbereiten Zustand der Pumpe durch eine Schutzabdeckung verschlossen.In a peripheral area outside the cavity of the electric motor 3 and the pump chamber 10, a rectangularly delimited receptacle 13 is formed on the pump housing 1, in which a control unit or ECU of the pump including power electronics 30 of the electric motor 3 is embedded. An upwardly opened side of the recording 13, which is in 3 is shown, is closed by a protective cover when the pump is ready for operation.

Zwischen einer äußeren Umfangsfläche des Pumpengehäuses 1 bzw. des Spiralgehäuses 12 und einem Innenraum der Aufnahme 13 befindet sich ein Sockelabschnitt 15, der eine Außenkontur des Pumpengehäuses 1 und des Spiralgehäuses ausgleicht. Der Sockelabschnitt 15 weist nach oben eine Aufnahmefläche 50 für die ECU mit Leistungselektronik 30 auf, die sich tangential zu dem Umfang des Pumpengehäuses 1 und planparallel zu der Pumpenwelle 4 erstreckt. Die Auflagefläche 50 des Sockelabschnitts 15 bildet somit eine Bodenfläche der Aufnahme 13. 4 zeigt, dass auf der Aufnahmefläche 50 des Sockelabschnitts 15 eine Wärmesenke 5 befestigt ist, die aus einer Aluminiumplatte besteht und deren Abmessungen die Innenfläche der Aufnahme 13 ausfüllen.Between an outer peripheral surface of the pump housing 1 or the spiral housing 12 and an interior of the receptacle 13 there is a base section 15 which compensates for an outer contour of the pump housing 1 and the spiral housing. The base section 15 has a receiving surface 50 at the top for the ECU with power electronics 30, which extends tangentially to the circumference of the pump housing 1 and plane-parallel to the pump shaft 4. The support surface 50 of the base section 15 thus forms a bottom surface of the receptacle 13. 4 shows that on the receiving surface 50 of the base section 15 a heat sink 5 is attached, which consists of an aluminum plate and whose dimensions fill the inner surface of the receptacle 13.

Auf der Wärmesenke 5 ist eine Leiterplatte 31 der ECU mit Leistungsschaltung 30 aufgebracht, die mit der Wärmesenke 5 in Flächenkontakt steht. Der Aufbau der Beschaltung auf der Leiterplatte 31 ist, anhand von einem Abschnitt mit elektronischen Bauteilen der ECU, die zur Signalverarbeitung dienen, sowie elektronischen Bauteilen, die eine elektrische Leistung zur Versorgung des Elektromotors 3 aufnehmen, schematisch vereinfacht dargestellt. Letztere bilden eine Leistungsbeschaltung 30, welche die Spulen des Stators 33 ansteuert und somit die Antriebsleistung des Elektromotors 3 aus einer externen Leistungsquelle umsetzt. Die Leistungselektronikbauteile, die dabei im Wesentlichen zu einer Wärmeerzeugung beitragen, sind Kondensatoren 35 und FETs (Feldeffekttransistoren) 36, die in einem typischen Aufbau einer Leistungsbeschaltung 30 in einer Mehrzahl, wie beispielsweise einer Anzahl der Wicklungsphasen des Stators 33 vorhanden sind. In den Figuren ist die Mehrzahl von Kondensatoren 35 und FETs 36 stellvertretend durch ein charakteristisches Bauelement vereinfacht dargestellt.On the heat sink 5, a circuit board 31 of the ECU with power circuit 30 is applied, which is in surface contact with the heat sink 5. The structure of the circuitry on the circuit board 31 is shown schematically in simplified form using a section with electronic components of the ECU that are used for signal processing, as well as electronic components that absorb electrical power to supply the electric motor 3. The latter form a power circuit 30, which controls the coils of the stator 33 and thus converts the drive power of the electric motor 3 from an external power source. The power electronic components, which essentially contribute to heat generation, are capacitors 35 and FETs (field effect transistors) 36, which in a typical structure of a power circuit 30 are present in a plurality, such as a number, of the winding phases of the stator 33. In the figures, the plurality of capacitors 35 and FETs 36 are represented in simplified form by a characteristic component.

Eine Bestückung der Leistungsschaltung 30 ist bevorzugt auf einem Endabschnitt der Leiterplatte 31 zu einer Seite angeordnet, die in einen axialen Überschneidungsbereich mit den Pumpenlaufrad 2 hinein ausgerichtet ist. Weitere elektronische Bauelemente der ECU, die einer Signalverarbeitung dienen und keine nennenswerte elektrische Leistung aufnehmen, d.h. im Wesentlichen keine Wärme erzeugen, sind auf Bestückungspositionen der Leiterplatte 31 angeordnet, die zu der anderen Seite in Richtung des elektrischen Antriebs 3 liegt. Zu einer vorderen Seite der Leiterplatte 31 sind in Richtung des Pumpeneinlasses 16 Anschlüsse zur Signalführung 37 sowie Anschlüsse zur Verbindung mit einer externen Leistungsquelle 38 angeordnet. Zu einer der gegenüberliegenden hinteren Seite der Leiterplatte 31 ist die Leistungsbeschaltung 30 über Zuleitungen 34 mit dem Stator 33 verbunden.An assembly of the power circuit 30 is preferably arranged on an end section of the circuit board 31 on a side that is aligned in an axial overlap area with the pump impeller 2. Further electronic components of the ECU, which are used for signal processing and do not absorb any significant electrical power, i.e. generate essentially no heat, are arranged on assembly positions of the circuit board 31, which lies on the other side in the direction of the electric drive 3. On a front side of the circuit board 31, 16 connections for signal routing 37 and connections for connection to an external power source 38 are arranged in the direction of the pump inlet. The power circuit 30 is connected to the stator 33 via supply lines 34 to one of the opposite rear sides of the circuit board 31.

Wie in der Draufsicht aus 5 gezeigt ist, füllt der Sockelabschnitt 15 nicht den gesamten Zwischenraum zwischen der Aufnahmefläche 50 und einer Außenkontur des Pumpengehäuses 1 bzw. Spiralgehäuses 12 aus. Der Sockelabschnitt 15 besteht aus Rippen 18, die stegartig verbunden sind, sodass Hohlräume zwischen den Innenflächen der rechteckigen Einfassung der Aufnahme 13 und den wandartigen Rippen 18 bzw. Stegen gebildet werden. Ferner sind die Rippen 18 derart verbunden, dass sie einen rechteckigen Innenraum bilden, der als Reservoir 55 dient und Kühlmittel in sich aufnimmt. Insofern wird in der dargestellten Ausführungsform die Aufnahmefläche 50 in dieser Ausgestaltung vielmehr durch eine Ebene von Oberkanten der stegartig verbundenen Rippen 18 gebildet, auf der wiederum die plattenförmigen Wärmesenke 5 aufliegt und eine kontinuierliche Fläche zur Aufnahme der ECU mit Leistungsbeschaltung 30 bietet. An vier Eckpunkten der Rippen 18 um das Reservoir 55 herum sind Gewinde eingebracht, um die Wärmesenke 5 durch Schrauben zu befestigen und das Reservoir 55 mittels einer dazwischen angeordneten, umlaufenden Dichtung an der Aufnahmefläche 50 abzuschließen. Auf der Wärmesenke 5 liegt die Leiterplatte 31 mit Flächenkontakt auf, und kann beispielsweise mit einer Wärmeleitpaste darauf montiert sein.As in the top view 5 is shown, the base section 15 does not fill the entire space between the receiving surface 50 and an outer contour of the pump housing 1 or spiral housing 12. The base section 15 consists of ribs 18 which are connected in a web-like manner, so that cavities are formed between the inner surfaces of the rectangular enclosure of the receptacle 13 and the wall-like ribs 18 or webs. Furthermore, the ribs 18 are connected in such a way that they form a rectangular interior that serves as a reservoir 55 and holds coolant. In this respect, in the illustrated embodiment, the receiving surface 50 in this embodiment is rather formed by a plane of upper edges of the web-like connected ribs 18, on which the plate-shaped heat sink 5 rests and offers a continuous surface for receiving the ECU with power circuit 30. Threads are introduced at four corner points of the ribs 18 around the reservoir 55 in order to fasten the heat sink 5 by screws and to close the reservoir 55 to the receiving surface 50 by means of a circumferential seal arranged between them. The circuit board 31 rests on the heat sink 5 with surface contact and can be mounted on it, for example, with a thermal paste.

Das Reservoir 55 wird von einem Kreislauf des Kühlmittels durchlaufen, der aus dem Förderstrom der Kühlmittelpumpe abgezweigt ist, um eine Kühlung der Leistungsschaltung 30 der ECU über die dazwischen liegende Wärmesenke 5 bereitzustellen. Eine Zuleitung 51 zur Zuführung von Kühlmittel in das Reservoir 55 wird durch eine Durchgangsbohrung zwischen einer Bodenfläche des Reservoirs 55 und der radialen Außenwand des Spiralgehäuses 12 an einer Position stromaufwärts vor dem Pumpenauslass 17 bereitgestellt. Ein Rücklauf 52 des Kreislaufs zur Kühlung der Leistungsschaltung 30 wird durch zwei rechtwinklig aufeinander zulaufende Durchgangsbohrungen in einem mittleren Abschnitt des Pumpengehäuses zwischen dem Hohlraum des elektrischen Antriebs 3 und der Pumpenkammer 10 gebildet, wie in 2 dargestellt ist. Der Rücklauf 52 des abgezweigten Kreislaufs führt aus dem Reservoir 55 in einen Bereich der Pumpenkammer 10 hinter der Rückseite des Pumpenlaufrads 2.The reservoir 55 is passed through by a coolant circuit which is branched off from the flow of the coolant pump in order to provide cooling of the power circuit 30 of the ECU via the heat sink 5 located therebetween. A supply line 51 for supplying coolant into the reservoir 55 is provided through a through hole between a bottom surface of the reservoir 55 and the radial outer wall of the volute 12 at a position upstream of the pump outlet 17. A return line 52 of the circuit for cooling the power circuit 30 is formed by two through holes converging at right angles to one another in a central section of the pump housing between the cavity of the electric drive 3 and the pump chamber 10, as in 2 is shown. The return 52 of the branched circuit leads from the reservoir 55 into an area of the pump chamber 10 behind the back of the pump impeller 2.

Da eine Mündung des Rücklaufs 52 auf der Rückseite des Pumpenlaufrad 2 abseits des radial nach außen gerichteten Förderstroms liegt, herrscht an dieser Position der Pumpenkammer 10 während des Betriebs ein geringerer Druck als in einem Bereich der radialen Außenwand des Spiralgehäuses 12, in dem eine Mündung des Zulaufs 51 zum Reservoir 55 angeordnet ist. Durch die Druckdifferenz, die zwischen dem Zulauf 51 und dem Rücklauf 52 in der Pumpenkammer 10 herrscht, wird der abgezweigte Kreislauf des Kühlmittels durch das Reservoir 55 gefördert. Aufgrund des abgezweigten Kreislaufs wird das Volumen des Kühlmittels in dem Reservoir 55, das einen Wärmeeintrag durch die Leistungsschaltung 30 über die Wärmesenke 5 aufnimmt, kontinuierlich umgewälzt und ausgetauscht. Dadurch wird anhand der Wärmekapazität des Kühlmittels gespeicherte Wärme aus dem Reservoir 55 in das Gesamtvolumen des geförderten Kühlmittels abgeführt.Since an mouth of the return line 52 is located on the back of the pump impeller 2 away from the radially outwardly directed delivery flow, there is a lower pressure at this position of the pump chamber 10 during operation than in an area of the radial outer wall of the spiral housing 12, in which an mouth of the Inlet 51 to reservoir 55 is arranged. Due to the pressure difference that exists between the inlet 51 and the return 52 in the pump chamber 10, the branched circuit of the coolant is conveyed through the reservoir 55. Due to the branched circuit, the volume of the coolant in the reservoir 55, which receives heat input from the power circuit 30 via the heat sink 5, is continuously circulated and exchanged. As a result, heat stored based on the heat capacity of the coolant is dissipated from the reservoir 55 into the total volume of the coolant delivered.

Bei einer Zunahme der elektrischen Antriebsleistung nimmt eine Wärmeerzeugung in der Leistungsbeschaltung 30 zu. Dabei steigt zugleich ein Förderstrom durch die Pumpenkammer 10 an und infolgedessen steigt auch eine Druckdifferenz zwischen der Rückseite des rotierenden Pumpenlaufrads 2 und dem äußeren Bereich des Spiralgehäuses 12 an. Durch die steigende Druckdifferenz wird der Volumenstrom des abgezweigten Kreislaufs erhöht, wodurch das Kühlmittel in dem Reservoir 55 einen höheren Durchsatz erfährt. Dadurch wird eine Temperaturdifferenz zwischen der Wärmesenke 5 und dem abgezweigten Kühlmittel auch bei einem zunehmenden Wärmeeintrag der Leistungsschaltung 30 aufrechterhalten. Somit wird eine proportional angepasste Wärmeabfuhr sichergestellt und es kann einer übermäßigen Temperaturzunahme der Leistungsbeschaltung 30 unter erhöhter elektrischer Leistungsaufnahme entgegengewirkt werden.When the electrical drive power increases, heat generation in the power circuit 30 increases. At the same time, a delivery flow through the pump chamber 10 increases and, as a result, a pressure difference between the back of the rotating pump impeller 2 and the outer region of the spiral housing 12 also increases. The increasing pressure difference increases the volume flow of the branched circuit, whereby the coolant in the reservoir 55 experiences higher throughput. As a result, a temperature difference between the heat sink 5 and the branched-off coolant is maintained even with increasing heat input from the power circuit 30. This ensures a proportionally adapted heat dissipation and an excessive increase in temperature of the power circuit 30 can be counteracted with increased electrical power consumption.

Es ist zu beachten, dass die Erfindung auch anhand von nicht dargestellten, einfacher ausgestalteten Ausführungsformen realisiert werden kann, wie den Ausführungen im Zusammenhang mit den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen ist.It should be noted that the invention can also be implemented using simpler embodiments (not shown), as can be seen from the statements in connection with the dependent claims.

Beispielsweise kann die Kühlmittelpumpe erfindungsgemäß ohne einen abgezweigten Kreislauf mit dem Zulauf 51 und dem Rücklauf und dem Reservoir 55 ausgestaltet sein. Dabei wird die Wirkung einer Wärmeabfuhr aus der Leistungsbeschaltung 30 in das Kühlmittel, in dem axialen Überschneidungsbereich mit der dem Pumpenlaufrad 2, insbesondere durch eine gute Wärmeleitfähigkeit des dazwischen liegenden Sockelabschnitts 15 erzielt. Der Sockelabschnitt 15 der Aufnahme 13 ist bevorzugt einteilig mit dem Pumpengehäuse ausgebildet. Ferner ist ein Innenbereich des Sockelabschnitts 15 zwischen einer radialen Außenfläche des Pumpengehäuses 1 bzw. des Spiralgehäuses 12 und der Aufnahmefläche 50 bevorzugt vollständig durch ein Material wie Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ausgefüllt oder bildet eine Rippenstruktur mit Rippen 18 und Hohlräumen, die sich im Wesentlichen senkrecht zu der Pumpenachse erstrecken.For example, according to the invention, the coolant pump can be designed without a branched circuit with the inlet 51 and the return and the reservoir 55. The effect of heat dissipation from the power circuit 30 into the coolant, in the axial overlap area with the pump impeller 2, is achieved in particular by good thermal conductivity of the base section 15 lying in between. The base section 15 of the receptacle 13 is preferably formed in one piece with the pump housing. Furthermore, an interior area of the base section 15 between a radial outer surface of the pump housing 1 or the spiral housing 12 and the receiving surface 50 is preferably completely filled with a material such as aluminum or an aluminum alloy or forms a rib structure with ribs 18 and cavities that are essentially perpendicular to the pump axis extend.

Gleiches gilt für eine Ausführungsform, die keine Aluminiumplatte als Wärmesenke 5 umfasst. Dabei kann der Sockelabschnitt 15 mit oder ohne Reservoir, aus Vollmaterial oder mit Rippenstruktur, selbst eine kontinuierlich ebene Oberfläche als Aufnahmefläche 50 bereitstellen, mit der die Leiterplatte 31 der Leistungsbeschaltung 30 zum großflächigen Wärmeübergang in Kontakt gebracht wird.The same applies to an embodiment that does not include an aluminum plate as a heat sink 5. The base section 15 with or without a reservoir, made of solid material or with a rib structure, can itself provide a continuously flat surface as a receiving surface 50 with which the circuit board 31 of the power circuit 30 is brought into contact for large-area heat transfer.

Darüber hinaus kann die plattenförmige Wärmesenke 5 erfindungsgemäß derart ausgeführt sein, dass sie einen innenliegenden Strömungskanal aufweist. Diese Ausführungsform kann beispielsweise durch zwei in der Ebene getrennte Hälften der Wärmesenke 5 realisiert sein, in denen ein kongruent ausgeprägter Kanal, z.B. durch ausgefräste Nuten, zwischen dem Zulauf 51 und dem Rücklauf 52 verläuft. Der innenliegenden Strömungskanal kann beispielsweise meanderförmig verlaufen, so dass, vergleichbar mit einer Miniaturform einer Fußbodenheizung, ein Wärmetauscher zur Kühlung der Leistungsschaltung 30 gebildet wird.In addition, the plate-shaped heat sink 5 can be designed according to the invention in such a way that it has an internal flow channel. This embodiment can be realized, for example, by two halves of the heat sink 5, separated in the plane, in which a congruent channel, for example through milled grooves, runs between the inlet 51 and the return 52. The internal flow channel can, for example, meander-shaped, so that, comparable to a miniature form of underfloor heating, a heat exchanger for cooling the power circuit 30 is formed.

Claims

Electric coolant pump, comprising: a pump housing (1) with a pump chamber (10) in which a pump impeller (2) is rotatably accommodated, a pump cover (11) which closes the pump chamber (10) to one side of the pump impeller (2), and at least one inlet (16) and one outlet (17) connected to the pump chamber (10); an electric motor (3) having a rotor (32) and a stator (33) arranged on the pump housing (1) on a side of the pump chamber (10) opposite the pump cover (11); a pump shaft (4), which, rotatably mounted on the pump housing (1), extends from the electric motor (3) into the pump chamber (10), the rotor (32) and the pump impeller (2) being fixed thereon; and an electronic power circuit (30) for controlling the stator (33) with power from an external power supply, which can be connected to the power circuit (30); characterized in that the pump housing (1) has a receptacle (13) for the electronic power circuit (30), which, in relation to the pump shaft (4), radially outside the pump chamber (10) and axially overlaps with an outer edge of the pump impeller (2), which faces the power circuit (30), is arranged, wherein the receptacle (13) for the electronic power circuit (30) comprises a base section (15) which has a receiving surface (50) for receiving the electronic power circuit (30). forms, which runs essentially tangentially to the circumference of the pump chamber (10), a plate-shaped heat sink (5) made of a solid material being provided between the receiving surface (50) of the base section (15) and the electronic power circuit (30), and wherein the base section (15) has at least one reservoir (55) for the coolant delivered, the at least one reservoir (55) being connected to a circuit (51, 52) which is branched off from a delivery flow in the coolant pump.

Electric coolant pump, comprising: a pump housing (1) with a pump chamber (10) in which a pump impeller (2) is rotatably accommodated, a pump cover (11) which closes the pump chamber (10) to one side of the pump impeller (2), and at least one inlet (16) and one outlet (17) connected to the pump chamber (10); an electric motor (3) with a rotor (32) and a stator (33), which is attached to the pump housing (1) on one side of the pump chamber (10) that is opposite the pump cover (11). is ordered; a pump shaft (4), which, rotatably mounted on the pump housing (1), extends from the electric motor (3) into the pump chamber (10), the rotor (32) and the pump impeller (2) being fixed thereon; and an electronic power circuit (30) for controlling the stator (33) with power from an external power supply, which can be connected to the power circuit (30); characterized in that the pump housing (1) has a receptacle (13) for the electronic power circuit (30), which, in relation to the pump shaft (4), radially outside the pump chamber (10) and axially overlaps with an outer edge of the pump impeller (2), which faces the power circuit (30), is arranged, wherein the receptacle (13) for the electronic power circuit (30) comprises a base section (15) which has a receiving surface (50) for receiving the electronic power circuit (30). which runs essentially tangentially to the circumference of the pump chamber (10), wherein the base section (15) has an internal rib structure with ribs (18) and intermediate cavities which run essentially perpendicular to the receiving surface (50), and wherein the base section (15) has at least one reservoir (55) for the coolant delivered, the at least one reservoir (55) being connected to a circuit (51, 52) which is branched off from a delivery flow in the coolant pump.

Electric coolant pump Claim 2 , wherein a plate-shaped heat sink (5) made of a solid material is provided between the receiving surface (50) of the base section (15) and the electronic power circuit (30).

Electric coolant pump Claim 1 , wherein the base section (15) has an internal rib structure with ribs (18) and intermediate cavities which run essentially perpendicular to the receiving surface (50).

Electric coolant pump according to one of the preceding claims, wherein the axial overlap between the power circuit (30) and the pump impeller (2) is at least 10%, preferably 25% and particularly preferably 50% or more with respect to an axial dimension of the pump impeller (2) or the pump chamber (10) or a section of the pump shaft (4) on which the pump impeller (2) is fixed.

Electric coolant pump according to one of the preceding claims, wherein a circumference of the pump chamber (10) is designed in the form of a spiral housing (12) from which the outlet (17) emerges tangentially, and the receptacle (13) for the electronic power circuit (30) and the outlet (17) are arranged adjacent to each other.

Electric coolant pump Claim 2 , wherein a circuit board (31) of the power circuit (30) is in close contact with the receiving surface (50) of the base section (15).

Electric coolant pump Claim 1 or 2 , wherein the base section (15) is formed in one piece together with the pump housing (1).

Electric coolant pump according to one of the Claims 1 , 2 or 3 , wherein the base section (15) consists of aluminum or an aluminum alloy that is suitable for a die-casting process, injection molding process or 3D printing process.

Electric coolant pump Claim 1 or 3 , wherein the plate-shaped heat sink (5) is made of a solid aluminum material.

Electric coolant pump according to one of the Claims 1 , 3 or 10 , wherein the plate-shaped heat sink (5) has at least one internal flow channel for the coolant being delivered, the at least one flow channel being connected to the circuit (51, 52) which is branched off from a delivery flow in the coolant pump.

Electric coolant pump Claim 1 or 2 , wherein the at least one reservoir (55) for the conveyed coolant is designed to be open to the receiving surface (50) of the base section (15), and is closed on the same by the plate-shaped heat sink (5).

Electric coolant pump according to one of the preceding claims, wherein the electronic power circuit (30) comprises capacitors (35) and FETs (36), and the capacitors (35) and / or FETs (36) within an axial overlap with the pump impeller (2). the holder (13) are positioned.

Electric coolant pump according to one of the preceding claims, wherein the pump housing (1) and at least one of the base section (15), the heat sink (5), the pump cover (11), or a further section of the pump housing (1) are connected by a weld , which is introduced using atmospheric electron beam welding.